導語：如何才能寫好一篇土木工程畢論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：畢業(yè)論文；指導課程；土木工程

基金項目：江西科技學院校級教改課題“基于CIDO模式下《土木工程材料》課程教學改革研究”（編號：JY1504）。

1 前言

畢業(yè)論文是土木工程專業(yè)學生大學本科教育過程的最后一個環(huán)節(jié)，是對大學四年所學專業(yè)課程的全面總結(jié)，也是對之前各個教學的繼續(xù)深化與拓寬[1]。畢業(yè)論文的完成情況不僅能反映出每個學生專業(yè)知識的掌握情況、科研思維的方法、寫作水平的高下，也能折射出學校教育教學的質(zhì)量和水平[2]。但是，在目前高校的教學實踐中，大量的畢業(yè)設計出現(xiàn)雷同情況，學生的能力培養(yǎng)欠缺，出現(xiàn)大批畢業(yè)生面臨就業(yè)壓力，而設計、施工單位卻尋覓不到合適人才的狀況。

針對此種情況，本文從土木工程專業(yè)本科畢業(yè)論文存在問題及如何提高土木工程專業(yè)本科畢業(yè)論文質(zhì)量兩方面加以分析，為進一步提高《畢業(yè)論文指導》課程教學質(zhì)量提供參考。

2 土木工程專業(yè)畢業(yè)設計存在問題

2.1 選題單一或脫離實際

題目決定畢業(yè)設計的內(nèi)容，課程概念多、實踐性強。但土木工程學院學生畢業(yè)論文題目大多集中在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，預應力簡支T梁上部結(jié)構(gòu)設計，或者輔以施工組織設計，沉降觀測等。而鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)又以3-4層多層框架結(jié)構(gòu)為主。主要是因為畢業(yè)設計要求本科生結(jié)合4年所學專業(yè)知識，所以基本以手算為主。而結(jié)構(gòu)又必須考慮地震荷載作用下的內(nèi)力計算，只有底部剪力法可通過手算完成。反應譜振型分解法及時程分析法均需靠電腦才能完成。只有框架結(jié)構(gòu)屬于剪切變形為主，符合底部剪力法的適用條件。所以這也就是畢業(yè)設計以框架結(jié)構(gòu)設計為主的原因。

2.2 大多數(shù)學生專業(yè)知識沒學好，畢業(yè)設計難于入手

學生基本都是根據(jù)教師提供的任務書進行結(jié)構(gòu)設計并繪制施工圖。但很多學生建筑圖紙部分就耗費大量時間。后面的結(jié)構(gòu)布置已經(jīng)喪失信心，能簡便則簡便。

至于結(jié)構(gòu)設計中的重難點，學生往往更難把握。樓板設計及次梁設計屬畢業(yè)設計的次要內(nèi)容。水平荷載及豎向荷載作用下內(nèi)力計算是畢業(yè)設計的重點。很多學生往往對力學基礎(chǔ)課程掌握不扎實，對于彎矩二次分配法的應用更是無從下手。

同時，荷載效應組合及梁柱截面設計通常是畢業(yè)設計的難點。如果學生能堅持手算到最后，那么內(nèi)力組合也就會通過請教與自學來完成此次畢業(yè)設計任務。

2.3 施工圖紙不符合現(xiàn)行規(guī)范標準

很多學生在進行冗長的手算完成后，往往還是對自己所做的論文題目缺乏清晰的思路。所以圖紙也只是仿造同學的圖紙，修改開間進深的尺寸及配筋。其中有很多不合規(guī)范之處。而畢業(yè)設計質(zhì)量的關(guān)鍵就在于圖紙的質(zhì)量。

2.4 指導教師水平有待提高

指導教師的專業(yè)知識水平、論文指導能力直接影響本科畢業(yè)論文工作，從指導選題、寫作到答辯，指導教師的作用至關(guān)重要。選題是畢業(yè)設計的源頭，畢業(yè)論文水平的高低直接取決于選題方向。但現(xiàn)在許多指導教師給的選題方向偏大、任務過重，還存在偏難，或者與專業(yè)不對口的問題，超出本科生畢業(yè)設計能力水平。加之指導教師本身教學與科研任務繁重，無法分擔太多精力指導學生，學生自己在摸索過程中容易犯錯，致使學生在畢業(yè)設計寫作過程中與指導教師溝通不暢或者教師指導不力的情況發(fā)生。

3 土木工程專業(yè)畢業(yè)設計改革建議

3.1 選題多元化。

根據(jù)指導老師的課題研究方向或是工程實際項目，或者參考學生畢業(yè)實習崗位，制定與之相適應的畢業(yè)設計題目，盡可能真題真做。同時題目難易程度也應適中，能夠體現(xiàn)目前研究發(fā)展的主要方向及前沿問題，能夠?qū)W生知識面有所擴充。

3.2 嚴格要求學生并認真指導

畢業(yè)答辯前對學生進行預答辯，或者階段性審查。及時發(fā)現(xiàn)學生畢業(yè)設計中的問題并督促其整改。對檢查不過關(guān)或是預答辯不過關(guān)的學生，推遲其答辯時間或是取消答辯資格，整體學風起到殺一儆百的作用。

同時，指導老師也應加強督促，并定期追蹤指導學生畢業(yè)設計進展情況。如果所帶學生數(shù)較多，還應集中指導所有學生，并合理規(guī)劃各學生進度。對設計能力較強的同學，可要求更嚴格后期準備推優(yōu)。對進度較慢的同學加強檢查力度，加大檢查頻率。主要教會學生理清設計思路，運用正確的設計理論及設計方法，教會學生學會參考規(guī)范及查閱相關(guān)資料能力。

3.3 參考國家標準規(guī)范制圖

國家分別制定了《建筑設計制圖標準》及《結(jié)構(gòu)設計制圖標準》，很多按自己制圖習慣繪圖的習慣應督促其整改。甚至有些同學動手能力較弱，對計算機的操作能力尚欠缺。教師不可能手把手進行指導，應充分發(fā)揮組員團隊合作能力，采取幫扶政策，引導動手能力較強的同學幫助動手能力較弱的同學。

4 結(jié)論

目前，大學畢業(yè)生流行“畢業(yè)就失業(yè)”，主要是學生在大學四年沒有學會解決實際問題的能力及創(chuàng)新能力。很多學生大學四年混混沌沌、迷迷茫茫中度過，平時課堂也難以集中注意力。教師應及時發(fā)現(xiàn)學生優(yōu)勢，并鼓勵學生深層探究，大力培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，解決實際問題能力及合作交流能力。這樣學生才能在畢業(yè)前的3年里學有所獲，不至于畢業(yè)設計無從下手。

本文主要從3方面闡述了目前土木工程本科畢業(yè)設計所存在的問題，并提出了相應的整改建議。畢業(yè)設計是體現(xiàn)學生綜合能力的最后環(huán)節(jié)，也 學校本科評估的主要支撐材料，學校及學生均應引起重視，并提高畢業(yè)設計完成質(zhì)量。

參考文獻

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[6] 歐孝奪.基寬口徑土木工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文）的實踐與探索[J]，廣西大學學報，2005（30），16～19.

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1．1畢業(yè)設計選題缺乏創(chuàng)新，深度不夠

畢業(yè)設計選題缺乏創(chuàng)新體現(xiàn)在以下三方面:1)目前，畢業(yè)設計還以指導老師指定題目為主，這就造成了每一屆畢業(yè)生的畢業(yè)設計題目相似，甚至一模一樣;2)畢業(yè)設計的選題單一，教學樓、辦公樓占85%以上，而住宅、工業(yè)建筑、地下工程很少涉及;3)從設計的結(jié)構(gòu)形式看，均為框架結(jié)構(gòu)的多層或小高層，而框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)的高層或超高層基本沒有。由于設計選題缺乏創(chuàng)新，很多畢業(yè)設計都可以照抄參考書、教材的例題和往屆畢業(yè)設計，而沒有起到讓畢業(yè)生獨立設計、綜合利用理論知識的目的。筆者翻閱了我校近5年的畢業(yè)設計，抄襲率高達60%。由于框架的多層或小高層以板—次梁—主梁—柱為傳力體系，且基礎(chǔ)都采用簡單的獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)。這造成了設計的選題深度不夠，未能利用最新的設計方法和理念。

1．2畢業(yè)設計選題脫離工程實際

一個與工程實際貼近的選題是保證畢業(yè)設計質(zhì)量的前提和關(guān)鍵之一。然而，目前國內(nèi)很多高校土木工程專業(yè)沒有足夠的校外實踐基地，缺乏選題來源，這就導致了指導老師布置的題目以“假題假做”為主，在做的過程中忽略了很多工程實際問題。這就造成了從選題到設計再到最后的答辯都脫離了工程實際。因此目前土木工程畢業(yè)設計還停留在理論利用階段，而不能起到培養(yǎng)學生利用理論知識解決工程實際問題的實踐意義。

1．3管理松散

以我校為例，指導老師每周對學生集中輔導一次，缺乏嚴格的考勤制度，導致很多學生在整個畢業(yè)設計階段脫離了指導老師的管理。每個指導老師指導10個～20個畢業(yè)生，在有限的時間內(nèi)指導老師通常解答一些常見的問題，不能仔細檢查學生的設計進度和設計過程。甚至有些學生提前到工作單位上班，把畢業(yè)設計帶到工作崗位上完成，沒有指導老師進行實時輔導，導致這些學生的畢業(yè)設計中存在大量的錯誤來不及改正。

1．4缺乏完善的答辯評審制度

完善的答辯評審制度是畢業(yè)設計質(zhì)量的有效保障。然而有些高校流于形式，沒有可供參考的評審制度，對設計成果把關(guān)不嚴，放任設計成果中存在的問題。甚至有個別高校存在指導老師個人對本組結(jié)果進行答辯評審的現(xiàn)象。在答辯評審中往往注重理論知識、規(guī)范規(guī)程的考察而忽視設計圖紙的規(guī)范化、設計成果的可行性等工程實際考察。不能在實際工程中實施的設計對畢業(yè)生理論聯(lián)系實際、工程素養(yǎng)的形成起不到培養(yǎng)意義，嚴重影響畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量。綜上所述，目前高校土木工程畢業(yè)設計從選題、指導、答辯評審都脫離了工程實際，導致了畢業(yè)設計的質(zhì)量不高，達不到預期的培養(yǎng)目標。因此土木工程畢業(yè)設計改革是當前教學改革亟待解決的一個問題。

2改革措施

2．1科學選題

科學的選題是保證畢業(yè)設計質(zhì)量的前提。在選題的過程中應增加學生的主觀能動性，結(jié)合自己將來的就業(yè)方向和興趣初步確定選題方向(如結(jié)構(gòu)設計、施工組織設計、概預算等方向)。指導老師提供實際工程項目或科研項目作為備選設計題目。廢除當前指導老師指定學生的制度，由指導老師向所有畢業(yè)生提供備選設計題目，實行指導老師和學生的雙向選擇。學生選定指導老師和設計題目后根據(jù)自己的工程認識程度和興趣與老師共同協(xié)商確定最終設計題目。畢業(yè)設計題目要包含最新的設計方法、理念或技術(shù)方法，提高畢業(yè)設計的創(chuàng)新性;增加畢業(yè)設計中復雜問題的處理，保證設計的深度。受畢業(yè)設計時間所限，為保證學生有充足的時間完成畢業(yè)設計，指導老師要合理安排好設計工作量。

2．2完善師資結(jié)構(gòu)

由于很多博士生、研究生從高校畢業(yè)后直接進入高校工作，缺乏工程實踐經(jīng)驗。當前的師資隊伍與實踐教學的要求還存在較大的差距。為解決指導老師自身實踐經(jīng)驗不足的問題可采取以下措施:1)形成由2個～3個年輕教師和經(jīng)驗豐富的老教師組成的指導教師組，既能保證指導教師具備一定的工程經(jīng)驗又能幫助青年教師的成長;2)聘請施工單位、設計院有豐富工程經(jīng)驗的一線工程師指導畢業(yè)設計，這還能解決逐年擴招下師資力量不足的困難。

2．3強化管理過程

指導老師對畢業(yè)設計的具體指導過程是保證畢業(yè)設計質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前很多指導老師由于承擔的教學和科研任務較重而疏于管理。指導老師在設計開始前制定一個畢業(yè)設計進度計劃表，嚴格要求學生按照進度計劃表完成工作量。在每一個階段開始之前以授課的形式對學生進行一次集中輔導，每周進行2次～3次答疑幫學生解答設計中碰到的復雜問題。在進度計劃表的每一個時間節(jié)點檢查每一個學生的設計進度和設計過程中存在的問題，督促學生及時完成任務和改正設計中存在的問題。此外，還要嚴格考核制度，要求學生執(zhí)行每天定點簽到制度，防止學生脫離指導老師的管理。

2．4完善畢業(yè)答辯體系

答辯是對畢業(yè)設計質(zhì)量和學生綜合利用理論知識解決工程實踐問題的考核。完善的答辯體系能為答辯委員會老師提供答辯標準，嚴格把關(guān)畢業(yè)設計的質(zhì)量。完善的答辯體系可以從以下幾方面進行構(gòu)建:1)成立由不同專長的教師、工程師共同組成的答辯委員會，且指導老師不能對本組學生答辯;2)明確答辯過程中要考察的內(nèi)容，包括開題報告、計算書、圖紙及實際問題的解決能力;3)確定計算書、圖紙中具體考察點;4)確定各考察內(nèi)容的權(quán)重，如開題報告、計算書、圖紙、解決問題的能力各占10%，30%，30%，30%;5)明確計算書的格式、圖紙的規(guī)范化的權(quán)重;6)制定畢業(yè)設計創(chuàng)新性加分策略，鼓勵學生創(chuàng)新。

3結(jié)語

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關(guān)鍵詞：地下工程；全英文教學；教學方式；考核方式

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：10052909（2012）06009603目前，中國以高速鐵路、城市軌道交通、高層建筑和高速公路等為代表的基礎(chǔ)設施建設正在如火如荼地進行，這就需要大批從事地下工程建設的土木工程師。在全球化的影響下，國內(nèi)外大中型建設項目在勘測、設計、施工、顧問咨詢和管理等領(lǐng)域內(nèi)普遍采用全球范圍內(nèi)的招投標與合作方式，行業(yè)內(nèi)的各種學術(shù)交流如出國進修、技術(shù)論文的發(fā)表、國際研討會的召開也越來越頻繁。麥肯錫2008年的研究表明，國際化人才的短缺已經(jīng)成為中國企業(yè)適應國內(nèi)挑戰(zhàn)，實現(xiàn)全球抱負的最大障礙，中國高校應致力于提高學生的英語水平［1］。土木工程專業(yè)英語作為專業(yè)知識傳播、交流的媒介，已成為既有土木工程專業(yè)方面知識，又具有全球視野和國際交往能力的復合型人才的必備工具。

同濟大學一直注重具有國際視野的土木工程師的培養(yǎng)［2-3］。為了實現(xiàn)這一目標，同濟大學在國際化辦學和辦學國際化方面做了大量的工作，前者旨在擴大對歐美西方國家的招生，后者旨在改變當今絕大多數(shù)本科課程僅用中文教學的現(xiàn)狀，近來開設的英文課程地下工程（Underground　Engineering）正是同濟大學推行“英文授課課程體系”中的重要一環(huán)。在學校的大力支持和授課教師的努力下，英文課程地下工程的教學取得了良好的教學效果。

同濟大學為了鼓勵教師用英語授課，實行英語授課獲得3倍講課津貼的政策。為了保證英語授課質(zhì)量，校方專門組織考官團隊，對所有申請英語授課的教師進行資格面試，最后只有1/3的申請教師獲得英語授課準許，其中英文課程地下工程的講課教授得到了評委的最高評價。學校領(lǐng)導高度重視英語授課，授課期間派遣了督導和專家聽課，并在網(wǎng)站的教學專欄給出了聽課后的評價、意見和建議。該課程不但得到了學生的高度認可，而且獲得了督導和專家的高度評價，被稱為是同濟大學最精彩的英語課程，聽課的學生更是給出了9.97的高分（滿分為10）。一、教學方法與手段

（一）教學素材的選擇

地下工程課程涵蓋了地下工程的勘測、設計、施工、監(jiān)理、風險管理、運營安全等內(nèi)容，授課采用的PPT的素材和閱讀材料均取材于國際隧道行業(yè)的主要期刊雜志、國際隧道行業(yè)會議論文集和外國名牌大學的課程教材和教案。教學素材不僅要確保課程用語的規(guī)范，而且在內(nèi)容上也應能涵蓋國際上最先進的地下工程技術(shù)，并能及時反映國際地下工程界最新研究成果。

要提高學生的學習興趣，上課時就要重視師生間的互動，不能照本宣科。在每一次授課時，都提出一些后續(xù)課程內(nèi)容相關(guān)的問題，讓學生先思考，這對學生牢固掌握知識很有助益。為了實現(xiàn)基本脫稿講課，而不是照著PPT讀給學生聽，教師必須充分備課。

（二）教學方式的選擇

由于該課程知識面廣，課程不可避免地涉及到很多專業(yè)詞匯，為了使學生更好地理解講課內(nèi)容，在上課前將PPT和閱讀材料發(fā)到公共郵箱，讓學生課前做針對性預習。教授新的內(nèi)容時，不論是PPT還是講述，均采用英語，但對于特別難懂的教學內(nèi)容，在下節(jié)課一開始時用中文作簡要回顧。剛開始大部分學生不太適應全英文授課方式，希望采用雙語教學，我們鼓勵學生迎接挑戰(zhàn)，渡過聽力難關(guān)。過了一段時間后，學生逐漸適應了英語教學，體會到了更多的收獲。期末課程教學評估時，該課程得到學生的好評。學生認為教師講課極富熱情，講解張弛有度，既能聯(lián)系工程實際又不失幽默，學生也經(jīng)歷了一個從不適應純英語授課到逐漸習慣的過程。

12高等建筑教育2012年第21卷第6期

白云，等地下工程課程英語教學探討

（三）教學效果的檢驗方式

檢驗該課程教學效果的方式主要包含大作業(yè)、課堂表現(xiàn)和期末考試3個途徑。

大作業(yè)注重學生對隧道設計理論知識的掌握和利用英語表述公式推導過程的能力。所選作業(yè)內(nèi)容為地下工程中最經(jīng)典、最基本的巖石隧道彈塑性變形問題中公式的推導，推導內(nèi)容涵蓋彈性力學、土力學、塑性力學、高等數(shù)學等學科的知識，能反映學生的專業(yè)知識和綜合能力掌握情況。作業(yè)要求提交電子版文件，且作業(yè)中的圖形需自己繪制；表達方式應盡量參考借鑒英文版微積分、力學等基礎(chǔ)學科教材公式推導的格式；另外對作業(yè)的版面設計也有一定要求。電子版經(jīng)教師批改后，學生可方便地完善和改正，這樣學生將來做科學研究，或從事實踐工程，都能用到自己推導的公式。

給課堂表現(xiàn)優(yōu)秀的學生適當加分。教師通過提問可以了解學生的學習效果，把握教學內(nèi)容的深度。

期末考試不僅僅只是給學生一個分數(shù)，更重要的是通過期末考試，綜合、全面、詳細地了解英語課程地下工程的教授效果。為此，我們設計了一對一的口語面試題庫，考試題目全部出自該題庫。每個人的題目可能不一樣，其中包含規(guī)劃和設計一題、施工二選一、運營與管理一題。題目的答案基本是開放式的，主要考查學生對專業(yè)知識的理解和用英語口頭表達技術(shù)觀點的能力。

（四）優(yōu)越的師資

對于專業(yè)英語課程而言，教師扎實的專業(yè)英語基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗同等重要，兩者缺一不可。由于地下工程課程的理論性和實踐性要求都很高，對教師專業(yè)知識和工程經(jīng)驗以及英語口語水平要求很高，真正能勝任該課程的教師為數(shù)不多。學校該課程的教師由國際隧道協(xié)會的副主席、中國特級設計施工企業(yè)的總工程師擔任，他主持和參與了十多個國家的工程設計、施工、投標和項目前期研究等工作，為課程的成功提供了最有力的保障。

另外，利用國外專家來上海或者同濟大學進行學術(shù)交流的機會，學院邀請隧道領(lǐng)域新聞報道專業(yè)門戶網(wǎng)站TunnelTalk的主編Shani　Wallis、國際隧道協(xié)會教育與培訓委員會的4位專家為學生授課，使學生有機會接觸不同國家的地下工程專家、了解國外同行的最新研究成果及他們對中國基礎(chǔ)設施建設的看法。學生對這些學術(shù)交流給予了高度評價，并希望學校多邀請國外學者前來交流。

二、經(jīng)驗與體會

（一）高質(zhì)量的教學素材和活躍的課堂氣氛

該課程選用的高質(zhì)量的PPT和閱讀資料為學生提供了原汁原味的專業(yè)英語，對學生學習效果的提高起到事半功倍的作用；活躍的課堂氣氛提升了學生學習興趣和參與課程教學的熱情，進而促進學生理解專業(yè)知識，從而使師生教學相長，共同進步。

（二）與時俱進的答疑方式

由于該課程面向不同年級、不同專業(yè)和不同班級，教師將問題集中在特定時間、特定地點給予解答的傳統(tǒng)答疑方式未必適用。根據(jù)當今學生習慣和頻繁地使用網(wǎng)絡渠道的特點，我們建立了QQ群，在QQ群里上傳PPT和輔助閱讀材料方便學生下載，學生也可即時在群里提出問題。教授和助教會每天檢查學生的疑問，并給予解答。事實證明，這種方式取得了十分理想的教學效果。

（三）靈活的考核方式

學生的作業(yè)可以在學期當中任意時間提交，較早提交作業(yè)有助于教師發(fā)現(xiàn)和改正推導過程中存在的問題，并針對作業(yè)中普遍存在的問題進行指正與評講。教師對學生每個階段提交的作業(yè)都給予評價，最終的成績?nèi)Q于學生最后提交的版本。這有利于鼓勵學生不斷提高自己、不斷追求完美。期末考試采用英語面試的方式，提高學生英語口頭表達能力。

（四）嚴明的紀律

學校規(guī)定無故曠課超過2/3的學生不能參加考試。由于本次課程包括少數(shù)留學生，對待留學生一定要一視同仁，不能區(qū)別對待，不能讓他們覺得隨便混一下就能拿到學分，這對他們自己、對學校都是極端不負責任的。對有缺席記錄的學生根據(jù)缺席次數(shù)適當扣分。

三、建議

（一）更合適的開課時機

該課程設置在秋季，主要針對大三和大四的學生。大三上學期的學生由于剛剛開始學習土力學和彈性力學，沒有接觸塑性力學，這給他們學習地下結(jié)構(gòu)設計帶來了不少困難；而大四的學生忙于找工作或考研，同樣壓力比較大。因此，建議將地下工程課程安排在春季學期開設，主要針對大三下學期的學生，而內(nèi)容方面很好地將彈性力學、土力學等基礎(chǔ)課程做了反饋，有助于學生夯實基礎(chǔ)，同時又能為學生進一步學習地下建筑結(jié)構(gòu)、地下建筑施工、巖體力學等專業(yè)課程做鋪墊，很好地完成基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程的銜接。

（二）設立專家臨時講學基金

雖然同濟大學目前有光華基金等多種基金支持國際交流，但這些基金一般需要至少半年以上的申請時間。而很多國際知名專家來上海的信息往往是臨時獲知的，在這時要求他們順便講學的成本往往是很低的，一般只負責食宿和市內(nèi)交通費即可。因此，建議學校設立專家臨時講學基金。

（三）大學應逐步建立英語課程教學鏈

對于工科大學，學校應逐步建立起英語課程鏈，以便國外留學生和國內(nèi)英語基礎(chǔ)較好的學生能用英語修完主要課程。

（四）根據(jù)學生的英語能力分班實施英語課程教學

由于教師在授課時無法兼顧不同的學生要求，學生的英語水平參差不齊將會影響英語教學效果，因此建議根據(jù)學生的英語水平分班實施英語課程教學。

四、結(jié)語

開設土木工程專業(yè)的英語教學課程，是培養(yǎng)學生具有國際化視野和國際交往能力的有效手段。文章結(jié)合筆者所授的英文課程地下工程的教學經(jīng)驗和體會，提出了工科大學采用英語教學的建議，可為其他類似課程的開設提供參考。

參考文獻：

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關(guān)鍵詞:地鐵;地下結(jié)構(gòu);土-結(jié)構(gòu)動力相互作用;地震反應;抗震設計

引言

隨著城市化的發(fā)展，城市交通狀況及環(huán)境條件日趨惡化，交通的擁擠和效率低下成為各大城市的通病，人們逐漸認識到發(fā)展以地下鐵道為骨干的大運量快速公共交通系統(tǒng)是解決問題的重要途徑[1]。實踐證明，地鐵以其快速、高效、清潔的特點，在世界上大多數(shù)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)大城市的客運交通中發(fā)揮著不可替代的作用，比如東京、莫斯科、倫敦等[1]。近年來，我國的地鐵建設也得到了迅猛的發(fā)展。以北京為例，目前地鐵線路總長114km(包括地面軌道線路)，按照《北京奧運行動規(guī)劃》，到2008年運營里程將達到202km，長遠規(guī)劃總里程超過600km。另外，上海、廣州、深圳、南京、杭州、沈陽等大城市也正在或者即將建設地鐵或輕軌?？梢哉f，我國已經(jīng)進入了地鐵工程建設的黃金時代。

地鐵工程是生命線工程的重要組成部分，其抗震問題已經(jīng)成為城市工程抗震和防災減災研究的重要組成部分。美國、日本等國家都曾經(jīng)對地鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震設計理論進行了研究，提出了一些實用的抗震設計方法[2-5]。但我國在這一領(lǐng)域的研究相對滯后[5-6]。迄今為止，我國還沒有獨立的地下結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范，GB50157—92《地下鐵道設計規(guī)范》和GB50157—2003《地鐵設計規(guī)范》對地鐵的抗震設計都只給出了極為籠統(tǒng)的規(guī)定，其原因主要是研究工作開展不夠，對地下結(jié)構(gòu)抗震設計方法缺乏系統(tǒng)研究。長期以來，地鐵結(jié)構(gòu)的抗震設計基本是參照GBJ111—87《鐵路工程抗震設計規(guī)范》中有關(guān)隧道部分的條文和GB50011—2001《建筑抗震設計規(guī)范》，采用地震系數(shù)法進行的。地震系數(shù)法用于地下結(jié)構(gòu)抗震計算時具有明顯的缺陷，比如按照地震系數(shù)法，作用在地下結(jié)構(gòu)的水平慣性力隨埋深的增加而增加，這與實際情況明顯不符。出現(xiàn)這一局面的原因與人們對地下結(jié)構(gòu)震害的認識不無關(guān)系?？陀^地講，地下結(jié)構(gòu)由于受到地層的約束，加之城市隧道大多采用抗震性能較好的整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及能夠適應地層變形的裝配式圓形結(jié)構(gòu)，震害明顯低于地上結(jié)構(gòu)[6]。高烈度地震區(qū)內(nèi)的城市地鐵大規(guī)模建設是在近20多年才出現(xiàn)的，大多數(shù)還沒有經(jīng)過大地震的檢驗，因此災難性的震害記錄不多，于是人們普遍認為地下結(jié)構(gòu)在地震作用下所受破壞程度遠比地上結(jié)構(gòu)輕。但在1995年日本阪神大地震中，神戶市地鐵車站及區(qū)間隧道遭到嚴重破壞的事實給這種傳統(tǒng)觀念帶來了巨大的沖擊，引起了眾多地震工作者的極大重視[7-9]。阪神地震清楚地表明，在地層可能發(fā)生較大變形和位移的部位，地鐵等地下結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)嚴重的震害，因此對其抗震問題應給予高度重視。

目前研究地下結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑有:原型觀測、模型試驗和數(shù)值模擬。由于問題的極其復雜性，目前還沒有哪一種手段能夠完全實現(xiàn)對地下結(jié)構(gòu)動力反應進行全面而真實的解釋和模擬。一般是通過原型觀測和模型試驗結(jié)果來部分的或定性的再現(xiàn)實際現(xiàn)象、解釋物理機制、推斷變化過程、總結(jié)特性規(guī)律和分析災變后果，在此基礎(chǔ)上建立合理的能夠反映實際動力相互作用規(guī)律的數(shù)理分析模型，發(fā)展相應的數(shù)值分析方法;再通過模型試驗和原型觀測結(jié)果加以驗證。然后對不同抗震設計方案進行計算分析，盡可能地再現(xiàn)和模擬其實際動力反應，研究其抗震性能，提出相應的抗震對策。這是研究和評價地下結(jié)構(gòu)抗震性能的較為合理的有效途徑。

阪神地震后，我國對地鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震問題進行了一系列的研究[10-23]，但仍然缺少實質(zhì)性進展。為改變目前我國在這一研究領(lǐng)域中的落后局面，需要在理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗等方面開展更為深入的工作，系統(tǒng)地研究地鐵車站及區(qū)間隧道等的地震反應，以圖在抗震分析及設計方法與理論基礎(chǔ)方面有實質(zhì)性的突破。目前我國地鐵抗震分析及設計中存在諸多問題尚待深入研究，其中目前迫切需要解決的關(guān)鍵問題主要體現(xiàn)在以下5個方面。

1土-結(jié)構(gòu)動力相互作用分析模型

強地震作用下，地下結(jié)構(gòu)與地基介質(zhì)可能呈現(xiàn)明顯的非線性、彈塑性狀態(tài)，地下結(jié)構(gòu)與地基之間的接觸面還可能出現(xiàn)局部滑移、脫離等非連續(xù)變形現(xiàn)象，除此之外，地鐵地下結(jié)構(gòu)-地基動力相互作用分析模型還應該合理考慮地基半無限性的影響。因此，一個合理的地下結(jié)構(gòu)分析模型既要考慮對半無限地基的模擬，還必須全面考慮4種非線性因素:結(jié)構(gòu)材料非線性、結(jié)構(gòu)-地基動態(tài)接觸非線性、近場地基非線性與遠場地基非線性。目前對包括鋼筋混凝土等在內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料非線性性質(zhì)的研究相對成熟;結(jié)構(gòu)-地基動態(tài)接觸非線性的研究也已經(jīng)取得較大進展[24-25];針對地基半無限性及遠場地基特性的模擬問題已經(jīng)發(fā)展了多種動力人工邊界[26-29];關(guān)于土的非線性問題(尤其是動力非線性問題)的研究更是發(fā)展出幾十種動力非線性本構(gòu)模型[30]，目前雖然沒有任何一個模型具有廣泛的適用性，但針對具體的問題也不乏有合理而實用的選擇。上述問題的研究已經(jīng)取得了相當豐富的成果，但是如何根據(jù)這些研究成果構(gòu)造合理的地鐵地下結(jié)構(gòu)地震反應分析模型還需要進行深入的研究和探討。

對地鐵車站及區(qū)間隧道等地下結(jié)構(gòu)來說，周圍地基特性對結(jié)構(gòu)地震反應及破壞特征的影響顯著。在地震反應過程中，周圍地基尤其是上覆土層的重力效應對結(jié)構(gòu)地震反應會產(chǎn)生不容忽視的影響。如何合理地反映地基的靜力效應及地基半無限性的影響是一個比較重要的問題。這一問題的解決涉及到動力人工邊界及靜力人工邊界的合理確定和設置。由于目前已有的動力人工邊界一般不適用于地下結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)的靜力分析，因而普遍的解決辦法是針對靜力問題和動力問題采用不同的人工邊界。對于靜力問題，采用固定人工邊界或其他靜力邊界(邊界元或無窮元)，而動力問題則采用動力人工邊界，這導致形成了兩個不同的分析模型。針對不同模型，首先分析靜力問題，然后基于靜力分析結(jié)果進行動力分析，最后將兩種分析結(jié)果進行組合。這種做法不僅麻煩，也不能很好地反映地下結(jié)構(gòu)周圍地基的重力效應對非線性結(jié)構(gòu)地震反應的影響。因而有必要發(fā)展一種對靜力分析和動力分析均能適用的靜-動力統(tǒng)一人工邊界，并提出直接在靜-動力統(tǒng)一人工邊界上實現(xiàn)地震波場的輸入方法?；陟o-動力統(tǒng)一人工邊界建立一個可考慮上覆土層的重力效應、實現(xiàn)強地震動有效輸入、合理反映結(jié)構(gòu)材料非線性、結(jié)構(gòu)-地基動接觸非線性、近場地基非線性與遠場地基非線性等影響因素的理論分析模型是完善地下結(jié)構(gòu)靜力分析及地震反應分析的合理途徑。

2土-結(jié)構(gòu)動力相互作用分析的快速高效算法

求解土-結(jié)構(gòu)動力相互作用問題的方法可以分為解析法、半解析法和數(shù)值法等[2，31]。由于地下結(jié)構(gòu)的復雜性，解析法和半解析法的使用受到限制，而數(shù)值方法的使用最為廣泛。在眾多數(shù)值方法中，有限元法由于具有靈活方便、適應性強的優(yōu)點，得到了廣泛的應用。當采用有限元法結(jié)合人工邊界對強地震作用下的土-結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)進行整體分析時，由于系統(tǒng)非線性的影響，必需采用時域逐步積分算法完成計算，當所研究問題的尺度大、力學模型的自由度多時，其分析計算工作量巨大。地鐵地下結(jié)構(gòu)構(gòu)造復雜，往往又處在一個復雜的地震動場中，雖然目前由于分析手段的限制或出于簡單滿足工程設計目的考慮，常常采用切片的二維計算模型進行抗震分析，但為更深入研究和了解地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震反應規(guī)律、分析不同地震動場的綜合影響，采用地鐵地下結(jié)構(gòu)三維整體模型進行研究還是必需的。

有限元離散模型中單元尺寸的大小與地震波及傳播介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。對于位于土中，特別是軟土中的地下結(jié)構(gòu)進行地震反應分析時，為對土中地震波的傳播有足夠的模擬精度，往往需要采用尺寸足夠小的單元，導致離散模型單元數(shù)目很多。地鐵地下車站的長度一般超過100m，甚至達200m，因而地鐵車站-地基系統(tǒng)計算分析模型尺度很大，尤其是需要同時研究地鐵車站與區(qū)間隧道連接處等震害易發(fā)生部位的地震反應及破壞規(guī)律時，計算模型的尺度將更大。在強地震作用下，地鐵地下結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)的非線性動力行為不可避免。雖然通過引入人工邊界可以選取相對較小的計算區(qū)域，但是三維非線性動力分析模型(模型尺寸取決于地下結(jié)構(gòu)的尺寸)的采用仍然決定了巨大的計算工作量。因而進一步發(fā)展快速高效的計算方法以更有效地降低計算工作量，成為地鐵地下結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)非線性動力相互作用分析模型的推廣應用所需要解決的關(guān)鍵問題之一。

3地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式和抗震性能的評估方法

動力時程分析方法作為一種可靠的分析手段適用于深入研究地鐵等地下結(jié)構(gòu)抗震理論，而對于評估地下結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)和進行常規(guī)的地鐵地下工程抗震設計，還需要發(fā)展簡便和實用的分析方法。借鑒目前建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計方法，發(fā)展新的評估地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式及抗震性能的方法是很有意義的。我國GB50011—2001《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定建筑抗震設計需要進行大震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形驗算，對于地鐵地下結(jié)構(gòu)尤其是地鐵車站結(jié)構(gòu)來說，大震作用下的彈塑性變形驗算無疑也是必要的。目前常用的彈塑性分析方法包括靜力增量分析法、動力時程分析法和靜力彈塑性分析方法(Push-over方法)。靜力增量分析法相對簡單，但沒有考慮到地震作用與結(jié)構(gòu)自振特性之間的密切關(guān)系。動力時程分析法由于能夠計算地震反應過程中各時刻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形狀態(tài)，給出結(jié)構(gòu)開裂和屈服的順序，發(fā)現(xiàn)應力和塑性變形集中的部位，從而可以判明結(jié)構(gòu)的屈服機制、薄弱環(huán)節(jié)及可能的破壞類型，結(jié)果也較為準確，但其計算工作量大，計算結(jié)果受地震波選取的影響，用于常規(guī)的抗震設計還有一定的困難。相對上述兩種方法來說，Push-over分析方法是一種新的結(jié)構(gòu)抗震分析方法，這種方法既比較簡單，又可以比較準確地評估地震作用下結(jié)構(gòu)的反應情況，因而得到了廣泛的研究和應用[32-35]。由于地下結(jié)構(gòu)與地上結(jié)構(gòu)地震反應規(guī)律和特點并不完全相同，因此到目前為止，適用于建筑結(jié)構(gòu)抗震分析的Push-over方法還無法應用于地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的抗震設計。另外，由于受到周圍地基約束，地下結(jié)構(gòu)的變形形式不同于地上結(jié)構(gòu)。相對地上結(jié)構(gòu)來說，地下結(jié)構(gòu)在整體發(fā)生較小變形時局部的內(nèi)力可能會很大，因此也不能簡單地套用地上結(jié)構(gòu)變形的極限值推算地下結(jié)構(gòu)在中震或大震作用下的極限狀態(tài)，必須進行深入的理論分析和試驗研究，了解地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力-變形規(guī)律及破壞模式，并在此基礎(chǔ)上提出地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能定量化評價指標體系。因此需要發(fā)展一種能夠適應于地鐵地下結(jié)構(gòu)的Push-over分析方法，考慮地下結(jié)構(gòu)受周圍地基約束的特點，提出地下結(jié)構(gòu)基于位移的抗震分析及設計方法，以突破現(xiàn)有承載力設計方法的限制，從而使地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的抗震設計更為合理和簡便。

4地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施[36]

目前我國對地鐵車站及區(qū)間隧道等地下結(jié)構(gòu)抗震設計中結(jié)構(gòu)構(gòu)件應采用的抗震構(gòu)造措施還缺乏統(tǒng)一認識。一種觀點認為單建的地下結(jié)構(gòu)由于受到地層的約束，地震時構(gòu)件不大可能出現(xiàn)交變內(nèi)力，無須特別考慮抗震構(gòu)造措施;當?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)與地面建、構(gòu)筑物合建時，才需按地面結(jié)構(gòu)的抗震要求考慮構(gòu)造措施。另一種觀點認為基本可以照搬地面民用建筑結(jié)構(gòu)的要求，例如，抗震設防烈度7度的城市，即按8度采取相應構(gòu)造措施，并將抗震等級提高一級。比較看來，這兩種觀點都有一定的片面性，前者完全忽視了地震對單建地下結(jié)構(gòu)可能造成的破壞;后者又完全把地下結(jié)構(gòu)等同于地上結(jié)構(gòu)。實際上應該區(qū)別不同的圍巖條件和施工方法，根據(jù)地下結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力和破壞特點有針對性地采取抗震措施?？拐饦?gòu)造措施是提高罕遇地震時結(jié)構(gòu)整體抗震能力、保證其實現(xiàn)預期設防目標、延遲結(jié)構(gòu)破壞的重要手段，它可以充分發(fā)掘結(jié)構(gòu)的潛力，在一定條件下，比單純依靠提高設防標準來增強抗震能力更為經(jīng)濟合理。這方面工作的重點應放在改善薄弱部件的受力和提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性及耗能能力上。有關(guān)地鐵工程抗震構(gòu)造方面存在的其他問題還很多，如抗震縫的設置原則和方法，后砌的內(nèi)部承重結(jié)構(gòu)和非承重隔墻的抗震構(gòu)造要求等。

5地鐵區(qū)間隧道穿越地震斷層的設計方案及工程措施

目前GB50011—2001《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定，建筑物選址應避開地震活斷層，以防止地震時斷層運動而引起的破壞。對于地上單建的建筑結(jié)構(gòu)，這一方法是可行的。地鐵地下車站作為地鐵系統(tǒng)中的關(guān)鍵樞紐，也可以通過合理的選址方案，避開地震活斷層。但是地鐵線路走向基本上取決于交通功能的要求，因此地鐵區(qū)間隧道穿越地震斷層有時是不可避免的。目前對埋地管線等小斷面地下管道跨越斷層時的抗震設計方法已經(jīng)有所研究[17，37-39]，但是地鐵隧道無論是在結(jié)構(gòu)尺寸上還是在結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料性質(zhì)上與小斷面地下管線均有所不同，目前對諸如地鐵區(qū)間隧道等大斷面隧道跨越地震斷層的抗震問題還缺乏研究，雖然很多地鐵隧道在跨越地震活斷層時不得不采取特殊的設計方案和工程措施，但還缺乏針對這些設計方案和工程措施的系統(tǒng)理論分析。

我國在十五期間將投資27億元人民幣建設“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡”[40]，地震活斷層探測系統(tǒng)是其中重要的組成部分。這表明目前我國對大城市地震斷層問題已經(jīng)給予了足夠重視，很多重要城市已經(jīng)針對地下斷層開始了勘探和研究工作，其中對地震活斷層可能引發(fā)的地震及可能造成的破壞是重點考慮和研究的對象。隨著對北京等重大城市地下地震斷層勘探工作的開展和對地震斷層活動性的掌握，針對地鐵區(qū)間隧道等地下隧道跨越地震活斷層時的抗震設計及工程措施將是抗震工作者和工程設計人員不得不面對和需要解決的實際問題。

6結(jié)語

地鐵地下結(jié)構(gòu)是重要的生命線工程，造價高，使用周期長，一旦發(fā)生破壞，修復困難，直接和間接經(jīng)濟損失巨大。目前我國地鐵建設已經(jīng)進入，其中很多地鐵工程建設在高烈度地區(qū)，同時我國缺少完善的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法和有效的抗震構(gòu)造措施，因而開展深入系統(tǒng)的理論分析、試驗研究及數(shù)值模擬，發(fā)展合理而可靠的地下結(jié)構(gòu)抗震設計理論和方法，完善地下結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施，確定優(yōu)良的地下結(jié)構(gòu)抗震體系，均具有重要的科學意義同時具有重要的工程應用價值。

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篇5

[關(guān)鍵詞]大跨度懸索橋 地震響應 行波效應

中圖分類號：U448.25；U441.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0339-02

1、引言

1.1、研究背景

1940年Tacoma Narrows Bridge由于風振導致垮塌，引起了工程界對橋梁振動問題的關(guān)注。由此，對大跨度橋梁，尤其是懸索橋振動理論的研究成為大跨度橋梁設計、分析與計算必不可少的一部分。引起橋梁振動的因素是多方面的，主要有風荷載作用、地震荷載作用以及移動偏載作用。橋梁振動的類型主要包括有豎向垂直振動、橫向扭轉(zhuǎn)振動及側(cè)向振動。

地震動是通過波的形式將荷載由橋梁的基礎(chǔ)傳給上部結(jié)構(gòu)的。由于地震波具有一定的波長，在空間傳播需要一定的時間。因此，空間距離較遠的橋塔所承受的地震動顯然是不同的。由于時間差會導致地震波傳播的相位差，其不同的程度隨著跨度的增加而增加。這一效應一般被稱為地震的行波效應。對于大跨度懸索橋的地震響應，應該考慮行波效應的影響。懸索橋是由柔性的主纜和加勁梁構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，研究行波效應對其地震響應的影響對于分析大跨度懸索橋在強震情況下的行為以及改進設計具有重要意義。目前，對多塔多主跨懸索橋考慮行波效應的研究較少。各研究者采用的理論模型和分析方法也不同。已有的研究結(jié)果還不足以得到一致的結(jié)論，因此有必要對此進行更細致深入的研究。

自上世紀90年代以來，我國大跨度懸索橋的建設發(fā)展突飛猛進。目前我國絕大多數(shù)懸索橋都要進行抗震設計，其中具有代表性的8座懸索橋所在區(qū)地震烈度如下表：

從表中可以看出，這幾座代表性橋梁所在地震烈度均不小于6級，地震烈度較高，因此對大跨度懸索橋地震響應研究是十分有必要的。

2、國外的研究歷史和現(xiàn)狀

國外對懸索橋振動問題的重視源于塔科馬橋（Tocoma Narrows Bridge）風振導致垮塌事件。1941年，Rannie和Karman，在利用氣動理論和航空學的基礎(chǔ)上，導出了不可拉伸三跨懸索橋在垂直平面內(nèi)的自振頻率和振型。后來，Vincent將其結(jié)果作了一定的推廣，并考慮了纜索的彈性對三跨纜索在垂直方向?qū)ΨQ的影響。1941年到1943年，Steinman導出了計算懸索橋在垂直面內(nèi)和扭轉(zhuǎn)振動的頻率和模態(tài)的簡化公式。這種簡化公式具有較高的準確性和有效性，但局限在于不能求解更為復雜的懸索橋振動模態(tài)。1949年，Pugsley提出了均勻懸掛的懸索橋在垂直平面內(nèi)振動的自然頻率的半經(jīng)驗理論公式。并對垂跨比在1：10到1：4之間的懸索橋進行了試驗，驗證了他提出的公式。1950年Bleich提出懸索橋撓度理論計算需要考慮恒載引起的索的垂度效應和主纜的非線，通過求解線性化微分方程來研究懸索橋的垂直和扭轉(zhuǎn)自動振動。Rayleigh-Ritz提出一個近似求解方法，然而，程序只適用于求解最低的幾個振動模態(tài)。Steinman 于1959年引入了大量的簡化公式用于估算自振頻率和相關(guān)的振動模態(tài)，包括懸索橋的垂直和扭轉(zhuǎn)振動。1952年，Pugsley通過計算荷載下纜索抵抗重力所做的功討論了不可拉伸的重纜索的重力剛度，并比較了其基于能量的處理方法和傳統(tǒng)的線性撓度理論的不同及其聯(lián)系。1957年Silverman研究了懸索橋側(cè)向振動特性。他基于傅立葉級數(shù)提出了一個用于計算自振頻率的公式，然而，他在懸吊結(jié)構(gòu)和主纜的耦合作用方面的假設是令人懷疑的。1958年， Selberg 發(fā)現(xiàn)Silverman給出的運動方程存在問題，并修正了運動方程，考慮了懸吊結(jié)構(gòu)和主纜的相互作用，基于傅立葉級數(shù)得到了自振頻率的計算公式。1969年Tezcan和Cherry考慮由于懸索橋撓度很大，應考慮其幾何非線，并對此提出了利用切線剛度矩陣的非線性靜態(tài)分析的迭代方法，并將懸索橋理想化為三維集中質(zhì)量系統(tǒng)，在三向正交地震波的作用下產(chǎn)生水平、垂直和扭轉(zhuǎn)振動。他們的研究為后來的懸索橋非線性研究奠定了基礎(chǔ)。1976 年，Abdel-Ghaffar基于線性化撓度理論和有限元法提出了一種分析懸索橋動力特性的方法。采用這種方法可以得到垂直方向的自振頻率和振型。1976年， Abdel-Ghaffar應用有限元方法和數(shù)字計算機技術(shù)對懸索橋的側(cè)向振動進行了研究。 該研究基于有限元離散化技術(shù)，并應用矩陣分析求解。 通過數(shù)值算例，Abdel-Ghaffar證明了他的方法是計算頻率和模態(tài)的最簡單并且最實用的方法。1979年Abdel-Ghaffar建立了懸索橋的詳細分析模型，其研究提供了懸索橋自由振動特征。他的研究考慮了懸索橋的三維動態(tài)響應，包括不同方向響應之間耦合反應。Abdel-Ghaffar采用整體自由振動分析模型來研究懸索橋自由振動的特征和模態(tài)。1983年Abdel-Ghaffar和Rubin研究了懸索橋大振幅非線性自由垂直扭曲振動耦合振動的影響，并使用使用連續(xù)介質(zhì)方法，進行了非線性耦合方程的近似求解。1985年Abdel-Ghaffar和 Scanlon通過實驗研究懸索橋的動力反應，其研究了線性恒載組合下懸索橋的動力響應，并得到了懸索橋多階自由振動模態(tài)。

在懸索橋離散分析的早期研究成果中，Poskitt和Tezcan提出有限元建模和數(shù)值計算程序等必須保留結(jié)構(gòu)所有的突出特征，還要保證其反應的計算能夠通過分析和計算機設備實現(xiàn)。1960年代初期，Konnish，Yamada ，Takaoka借助計算機建立了三跨懸索橋模型，將懸索橋模型抽象成質(zhì)量和彈簧，采用線性理論，考慮了懸吊結(jié)構(gòu)、纜索以及橋塔的振動。通過計算機分析了三跨懸索橋的振動特性以及地震響應。1991 Abdel-Ghaffar， A. M.， and Nazmy年懸索橋中引起幾何非線性的因素有：主纜的垂度、大變形，軸向力和彎矩與橋梁剛度的耦合作用。懸索橋有限元模型中常采用梁和桁架單元的2維和3維模型。

1965-1996年Bogdanoff， Goldbeg 和Schiff等初步研究了地震波的傳播對橋梁地震響應的影響。1999年Wang發(fā)現(xiàn)，地震波的行波效應比地震波的不連續(xù)性更重要，而且忽略這個因素帶來的誤差在相對位移的估計方面小于15%。大多數(shù)研究主要集中在地震一致激勵下的橋梁彈性和非線，幾乎沒有人關(guān)注地震波傳播的特征。1988年Tzanetos和2003年Wang研究了行波效應對于對稱和不對稱橋結(jié)構(gòu)的非彈性反應產(chǎn)生的影響，得出結(jié)論對于地震動的傳播應予以特殊考慮，因為它們可能會以更高的振動模態(tài)反應出來。1990年Nazamy和Abdel-Ghaffar在考慮了幾何非線性和多點非一致激勵的條件下，對大跨度斜拉橋動力響應問題進行研究。地震動輸入數(shù)據(jù)采用1979年EI Centro地震波數(shù)據(jù)。 并得出了以下結(jié)論，幾何非線性和多點激勵對大跨度橋梁地震響應的影響是重大的。1993年Clough和Penzien提出橋梁在地震動非一致激勵下的響應包括慣性力導致的動態(tài)分量和由于相鄰支點不同導致的偽靜態(tài)分量。1996年考慮地震動的空間效應對大跨度橋梁影響的影響，Harichandran、Hawwari 和Sweidan 基于金門大橋采用一個非常簡單的二維有限元模型，研究考慮行波效應下大跨度懸索橋地震響應問題。在其研究中，利用了由Harichandran和Vanmarcke于1985年建立的隨機地震動數(shù)據(jù)。并得出結(jié)論，采用一致激勵將導致懸索橋地震響應偏小，隨著懸索橋跨度的增加采用多點激勵更為準確。低頻輸入地面運動被確定為產(chǎn)生中大跨結(jié)構(gòu)最不利反應的主要來源，其中結(jié)構(gòu)和地震主頻率接近而產(chǎn)生的共振現(xiàn)象也尤為突出。對大跨度懸索橋三維非線性計算分析的研究較為有限。

3、國內(nèi)的研究歷史和現(xiàn)狀

1985年林家浩[1][2][3]提出了虛擬激勵法，為大跨度橋梁多點激勵地震分析提供了一個有效的方法；1995年李建俊、林家浩[4][5]等基于虛擬激勵法研究了大跨度復雜結(jié)構(gòu)的空間部分相干多點激勵平穩(wěn)隨機地震響應；1996年王淑波[6]博士也基于虛擬激勵原理提出了HOC系列反應譜組合方法來研究一致激勵、行波輸入以及任意相干激勵等多種地震輸入情況。1994年胡世德、范立礎(chǔ)[7]研究了在考慮相位差時江陰長江公路大橋的地震反應，研究表明：相位差雖能增大地震響應但影響程度很小，主要是由于結(jié)構(gòu)的整體剛度較小，從而擬靜力分量的參與所導致的總反應增長幅度相對來說較小。2007年張行[8]研究行波效應對一座主跨900m的懸索橋動力響應影響，并得出行波效應對索塔的位移有較大影響。2010年陳海波[9]在對一座三主塔四跨懸索橋進行分析后，波速對加勁梁跨中的豎向撓度影響較大，但主塔的水平位移的變化幅度受行波效應影響較小。2003年張亞輝[10]對香港青馬大橋進行研究后表明，行波效應對內(nèi)力影響較大，但隨著波速的增大，內(nèi)力可能變大也可能變小。2005年豐碩[11]等研究了某構(gòu)想中的3000米主跨懸索橋，其得出考慮行波效應后，橋梁的內(nèi)力并沒有大的變化幅度。2009年龍曉鴻、李黎等[12]分析主跨900米的四渡河橋，在縱向和豎向地震組合作用下，多點激勵下結(jié)構(gòu)內(nèi)力明顯增大，但行波輸入則與一致輸入結(jié)果相差不大，而在橫向和豎向組合時則影響較小。2010年焦?？?、李愛群、操禮林、王浩[13]利用Abaqus建立泰州長江大橋，研究行波效應對三塔懸索橋的影響，得出行波效應對三塔懸索橋動力響應的影響，具有一定的波動性，認為研究行波效應對三塔懸索橋影響中，準確的模型、合適的地震波、合適的視波速尤為重要。

1936年土與結(jié)構(gòu)相互作用的得到研究，由于土結(jié)構(gòu)相互作用中土體材料的復雜性、離散性使得其相互作用變得錯綜復雜，需要作各種假設、簡化方法，得到的反應結(jié)果不盡相同。因此，目前土一結(jié)相互作用的有關(guān)理論與實際工程的應用之間尚處于研究階段。豐碩和鄭史雄[14]的研究土結(jié)構(gòu)相互作用，得出考慮相互作用后，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力會變小。土與結(jié)構(gòu)的相互作用對結(jié)構(gòu)的響應的影響并沒有定論，這便使得該問題的研究具有雙重意義：一是遭遇地震時的安全性；二是設計的經(jīng)濟性。

4、存在的問題和將來的研究方向

大跨度懸索橋的地震響應方面的研究在過去幾十年已經(jīng)得到長足的發(fā)展，但仍存在一些問題亟待解決。

（1） 地震動的輸入問題。這是大跨度懸索橋地震響應分析中最基礎(chǔ)、最重要的問題。目前人們對大跨度懸索橋上部結(jié)構(gòu)的分析已經(jīng)趨于成熟，而地震動的輸入?yún)s存在較大的誤差和不確定性。因此對于地震動的輸入問題，應當進一步研究并加以解決。

（2） 土―橋梁結(jié)構(gòu)的相互作用問題。目前國內(nèi)外對土和橋梁結(jié)構(gòu)相互作用問題的研究比較少，而且起步比較晚。目前模型大多數(shù)將土對結(jié)構(gòu)的作用以彈簧的形式來模擬，而并沒有考慮土對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的非線性作用，不夠準確。需要對土橋梁結(jié)構(gòu)相互作用進一步研究，并采用新的模型來模擬土―橋梁結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。

（3） 需要提出較為簡單的工程應用計算方法。目前的計算方法都比較繁瑣，只適合用于研究工作，若要將這些納入規(guī)范還需做更深入的工作。

（4） 目前關(guān)于結(jié)構(gòu)多點激勵響應的分析大部分是基于線彈性理論的，多點激勵對結(jié)構(gòu)彈塑性反應，減、隔振結(jié)構(gòu)還需進行進一步研究。

5、結(jié)論

目前，對懸索橋分析所采用的傳統(tǒng)模型在邊界條件上不夠精確，需要做一定的改進，并未考慮主纜鞍座處的滑移，錨碇的具體模擬方式。加勁梁采用梁單元模擬誤差小，速度高，而采用板單元精度高，但計算量大，速度慢，較少采用。

對行波效應地震波的計算主要采用時域分析、頻域分析、隨機振動法，時域分析采用較多。對于模型各個支承處輸入地震波隨機性較大，沒有統(tǒng)一的標準。

對于土―橋梁相互作用，國外一般采用阻尼彈簧模擬其之間的作用。但這種模擬方式，彈簧阻尼的參數(shù)的選擇、布置方式對橋梁的影響需要進一步研究。

參考文獻

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